isoPower

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<strong>作者：Mark Cantrell</strong>

利用序列光耦合器建立双隔离栅会存在一些问题，因为数据完整性很差，而且没有一种紧凑和廉价的方式为两个隔离栅之间的接口提供电源。随着iCoupler®等高性能数字隔离器以及isoPower®器件集成电源的问世，通过分层隔离器建立高压隔离栅现在已经成为一种可行解决方案。

由于新型电池和发电产业的快速扩张，我们需要具有很高工作电压的接口，还要求提供加强绝缘。例如，太阳能逆变器应用具有以下要求：

• 800 VDC的工作电压
• 2级污染等级
• 过压类别III

根据IEC 62109-1标准的有关加强绝缘的规定，这需要：

• 脉冲耐受6000 VPEAK电压
• 800 VDC的工作电压
• 8 mm的增强电气间隙
• 16 mm的增强爬电距离

此爬电距离在当前封装中不可能实现。但是，如果隔离栅可以分成基本隔离栅和补充隔离栅，则对每个隔离栅的要求是：

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需要隔离数据的设计往往也需要隔离电源。iCoupler数字隔离器技术不仅能取代光耦合器，起到隔离数据的作用，同时也能用来在单个封装中创建隔离式DC-DC转换器，我们称之为isoPower。

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<strong>作者：Baoxing Chen</strong>

鲁棒且精确的测量与控制对工业仪器仪表和过程控制应用十分重要。为了防止接地环路影响测量精度，以及避免瞬变电压永久性损坏仪表，诸如RTD或热电偶之类的各种工业传感器一般都需要输入隔离。除了很小的目标差分信号以外，这些传感器还可能承载显著的共模电位或较大的电压瞬变，前者会降低数据采集精度，后者则可能带来安全风险。

类似地，为了安全且精确地操作液压执行器、电磁阀或电机启动器等执行器，需要隔离式模拟输出。除了要将模拟输入和输出与系统地隔离以外，输入之间和输出之间也需要隔离，以便处理不同传感器和执行器的不同共模电位，防止互相干扰。数字隔离器通过取代体积较大且不精确的传统模拟隔离器和光耦合器，已经成功提高了模拟系统性能，并且缩小了系统尺寸。置于检测节点的高分辨率ADC将精密模拟检测信号转换为数字流，然后利用高集成度多通道数字隔离器，通过隔离栅传输至系统微控制器。同样，来自系统微处理器的数字命令也是利用数字隔离器通过隔离栅传输，然后利用高分辨率DAC转换为精确的模拟电流或电压控制信号。数字隔离器消除了模拟隔离器或传统光耦合器相关的信号失真和降级，但是，DAC与控制器件的接口或ADC与传感器的接口需要隔离电源才能工作。

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<strong>简介</strong>

出于安全和数据完整性方面的考虑，通常电路部件之间需要隔离，例如，隔离可以保护保护敏感电路组件和系统上的人机接口，把它们与危险电压隔侧开，在那一侧需要更强健的组件例如传感器和致动器等。隔离还可以消除共模噪声或接地环路对数据采集精度的影响。

而在隔离栅上的数据传输可以通过传统光耦合器或者ADI公司的iCoupler器件来实现，从非隔离系统侧传输功率到隔离侧的挑战和难题很多，本文讨论了一种新方法来解决这一挑战。这种方法就是通过采用ADI最新的iCoupler产品给数字隔离集成电源隔离。

以前，在隔离带上传输功率需要一个单独的DC-DC转换器，它比较大而且价格昂贵，关键是隔离效率不够，客户如果采用定制化的分立方案则不仅体积庞大，且难以设计。

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许多传感器接口应用要求信号和电源隔离。为了运行模数转换器(ADC)、提供传感器偏置以及实现数字信号隔离，电源是必需的，但隔离电源的开关噪声可能会影响高精度测量。例如，当ADuM5201 isoPower的储能电路工作时，会产生360 MHz的噪声。如果该噪声与ADC的采样时间重合，噪声将耦合到传感器偏置、ADC电源或基准电压源中，导致测量丧失一定的保真度。为减少干扰，数字系统的常规做法是在时钟沿之间开始ADC转换，确保开关噪声不与电压转换相互作用。

isoPower产品的工作方式是让一个高电流储能振荡器在内部微变压器中运行。电源被耦合到副边，然后整流为直流。副边调节输出电压，产生一个PWM式信号，并通过一个iCoupler®数据通道将其送回原边，从而根据副边电源和电压需求开关储能振荡器。ADI公司有多款isoPower器件允许通过外部引脚直接控制储能电路，因此一个公共PWM信号就能控制多个isoPower器件。当ADC进行高保真度转换时，可以利用这一特性来消除储能电路噪声。ADuM520x、ADuM620x、ADuM5000和ADuM6000可以用
作外部主控制器的从机，支持这种功能的控制线可以接受用来禁用储能电路的BLANK(屏蔽)信号。使用两条控制线： RCIN和RCSEL。

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<strong>简介</strong>

集成隔离电源(isoPower®)的iCoupler®数字隔离器采用开关电流约为700 mA、频率高达300 MHz的DC-DC转换器，以如此高的开关频率工作自然会引起人们关于辐射和传导噪声的担忧。对于含有isoPower器件的应用的辐射和噪声控制，PCB布局与结构是非常重要的。本应用笔记将阐明相关辐射机制，并提供解决辐射问题的具体建议。

关于辐射的标准有多种。在美国，联邦通信委员会(FCC)负责管理辐射标准及测试方法。在欧洲，国际电工委员会(IEC)制定标准，采用CISPR测试方法来评估辐射。这两种标准规定的测试方法及合格/不合格界定稍有不同。虽然本应用笔记是参照CISPR标准撰写的，但所有结果对这两种标准均适用。

只要设计得当，isoPower器件很容易满足CISPR A类(FCC A类)辐射标准。如果考虑周详，这些产品甚至能满足无屏蔽环境下的CISPR B类和FCC Part 15、Subpart B的B类(FCC B类)标准。本应用笔记将考察与PCB相关的抗电磁辐射技术，包括电路板布局和堆叠问题。